[0034] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0035] 本发明提供了一种等离子旋转电极雾化制粉制备减摩耐磨BN/CuSn10粉末制备方法,具体包括以下步骤:
[0036] 步骤1,将氮化硼粉末、锡粉和铜粉按照一定比例装入混料机中,其中,氮化硼粉末占BN/CuSn10复合材料总质量的0.4‑2.4%,锡粉占总质量的10%,其余为铜粉,将粉末放入混料机中,以200r/min的转速混粉8h,得到分布均匀的混合粉末;如图1所示,六方氮化硼片状粉末(平均粒径600nm,纯度99.6%),晶体结构为六方晶系,具有良好润滑性,俗称白石墨;
[0037] 步骤2,混合粉末用冷等静压法进行冷压,在冷压过程中压强为300MPa,保压时间为240‑300s,得到块体;
[0038] 步骤3,对冷压形成的块体进行预烧,放入真空烧结炉里面,真空烧结过程为将冷‑2压成型的块体放入真空烧结炉中,先进行真空处理,真空度不低于6.67×10 Pa进行烧结,再升温烧结,当温度达到500‑700℃之间,保温一小时;随炉降温冷却至室温,得到BN/CuSn10材料;
[0039] 步骤4,将BN/CuSn10块体进行机械加工成棒料,装入旋转进给装置中,进行真空处理,进行等离子旋转电机雾化法,制备减摩耐磨BN/CuSn10粉末;具体按以下步骤实施:
[0040] 步骤4.1,将真空烧结后的复合材料进行机械加工处理,加工为直径30‑90毫米的棒材,再将棒料装入旋转进给器中,用酒精擦拭做好密封效果,利用真空系统进行抽真空,‑2直到真空度小于8×10 Pa,冲入纯度为99.9%氩气,使得雾化室充满氩气,并开启循环泵和冷却水;
[0041] 步骤4.2,旋转制粉:启动旋转按钮,使物料加速旋转,保证电极棒转速在16000r/min‑18000r/min之间,启动粒子枪电源,电流强度在1700A‑1800A之间,产生高温等离子弧,棒材端面立刻融化,在离心力和张力的作用下,棒材端面的部分形成微小的液滴,随后冷却凝固获得金属粉末;随后按照此步骤持续进给棒材,材料的进给速率在0.8mm/s‑1.0mm/s之间,保证制粉过程持续进行;
[0042] 步骤5,将BN/CuSn10粉末按照步骤2进行冷等静压成型,将步骤4得到的金属复合粉末采用冷等静压法进行压样,在冷压过程中压强为300MPa,保压时间为240‑300s;
[0043] 随后进行真空热压烧结:将对冷压形成的坯先放入石墨坩埚中,随后一起放入真‑3空热压炉中,在真空度低于8×10 Pa,开始升温,以5℃/min由室温升温至300℃,保温
30min,保压0MPa;然后以5℃/min由300℃升温至600℃,保温30min,保压0MPa;随后以5℃/min加热至800‑900℃,保温30‑60min,开始进行加压10‑25MPa;烧结过程中真空度不低于‑2
6.67×10 Pa进行烧结;
[0044] 保温保压后随炉降温冷却,得到致密的BN/CuSn10复合材料。
[0045] 步骤6,将步骤5中得到的BN/CuSn10复合材料进行冷轧塑性变形,通过加工硬化,将BN/CuSn10复合材料按照30‑40%变形量进行冷轧塑性变形,每次变形量为2‑3mm;得到高强度高耐磨的BN/CuSn10复合材料。
[0046] 实例1
[0047] 步骤1,称取氮化硼粉末作为润滑增强体、锡粉、铜粉作为基体,将粉末装入行星混料机中,在氮气的保护下,以200r/min的转速混粉8h得混合粉末;
[0048] 步骤2,粉末放入冷等静压模具中,进行冷等静压成型,压强为250MPa,时间为240s;
[0049] 步骤3,真空炉预烧结:将冷压成型的块体放入真空烧结炉中,先进行真空处理,再升温烧结,当温度达到650℃之间,保温一小时,随炉降温冷却至室温,得到BN/CuSn10制粉材料;
[0050] 在真空预烧结过程中,真空度不低于6.67×10‑2Pa进行烧结。
[0051] 步骤4,将制粉材料进行机械加工处理,加工为直径60μm的棒材,将棒料装入旋转‑3进给器中,利用真空系统进行抽真空,直到真空度小于8×10 Pa,冲入纯度为99.9%氩气,并开启循环泵和冷却水;启动旋转按钮和粒子枪电源,得到金属合金粉末,制粉过程中,电极棒转速在17000r/min,电流强度在1700A,材料的进给速率在0.8mm/s;
[0052] 步骤5,将BN/CuSn10复合粉体进行冷等静压成型,压强300MPa,时间300s,将粉体放到石墨模具中,随后进行真空热压,加热至800℃,保温60min,压力为10MPa;
[0053] 随炉降温冷却至室温,得到致密的BN/CuSn10复合材料;
[0054] 在真空热压烧结过程中,真空度不低于6.67×10‑2Pa进行烧结;
[0055] 步骤6,将烧结后的BN/CuSn10复合材料进行冷轧塑性变形,每次变形量为2mm,最终得到实例1中BN/CuSn10复合材料,其硬度为142HB,平均摩擦系数为0.09。
[0056] 实例2
[0057] 步骤1,称取氮化硼粉末作为润滑增强体、锡粉、铜粉作为基体,将粉末装入行星混料机中,在氮气的保护下,以200r/min的转速混粉8h得混合粉末;
[0058] 步骤2,粉末放入冷等静压模具中,进行冷等静压成型,压强为250Mpa,时间为240s;
[0059] 步骤3,真空炉预烧结:将冷压成型的块体放入真空烧结炉中,先进行真空处理,再升温烧结,当温度达到650℃之间,保温一小时;随炉降温冷却至室温,得到BN/CuSn10制粉‑2材料,在真空预烧结过程中,真空度不低于6.67×10 Pa进行烧结。
[0060] 步骤4,将制粉材料进行机械加工处理,加工为直径60μm的棒材,将棒料装入旋转‑3进给器中,利用真空系统进行抽真空,直到真空度小于8×10 Pa,冲入纯度为99.9%氩气,并开启循环泵和冷却水;启动旋转按钮和粒子枪电源,得到金属合金粉末。
[0061] 制粉过程中,电极棒转速:17000r/min,电流强度:1800A,材料的进给速率:0.8mm/s;
[0062] 步骤5,将BN/CuSn10复合粉体进行冷等静压成型,压强300Mpa,时间300s,将粉体放到石墨模具中,随后进行真空热压,加热至850℃,保温60min,压力为10MPa;随炉降温冷却至室温,得到致密的BN/CuSn10复合材料;在真空热压烧结过程中,真空度不低于6.67×‑210 Pa进行烧结;
[0063] 步骤6,将烧结后的BN/CuSn10复合材料进行冷轧塑性变形,每次变形量为2mm,最终得到材料硬度为140HB,平均摩擦系数为0.011,如图2所示;如图2所示,制备得到BN/CuSn10复合材料,可以观察到,组织中孔隙大量减少,基体组织无偏析,BN陶瓷相无团聚现象;
[0064] 如图4所示,通过销盘式摩擦实验检测:实例所得BN/CuSn10复合材料的平均摩擦系数(0.008)小于传统工业使用的铅锡青铜的平均摩擦系数(0.35),耐磨性更好;在实验过程中:磨损时间为80min、转速为300r/min、对偶材料为热处理后的45#钢。
[0065] 实例3
[0066] 步骤1,称取氮化硼粉末作为润滑增强体、锡粉、铜粉作为基体,将粉末装入行星混料机中,在氮气的保护下,以200r/min的转速混粉8h得混合粉末;
[0067] 步骤2,粉末放入冷等静压模具中,进行冷等静压成型,压强为250Mpa,时间为240s;
[0068] 步骤3,真空炉预烧结:将冷压成型的块体放入真空烧结炉中,先进行真空处理,再升温烧结,当温度达到650℃之间,保温一小时;随炉降温冷却至室温,得到BN/CuSn10制粉‑2材料;在真空预烧结过程中,真空度不低于6.67×10 Pa进行烧结。
[0069] 步骤4,将制粉材料进行机械加工处理,加工为直径60μm的棒材,将棒料装入旋转‑3进给器中,利用真空系统进行抽真空,直到真空度小于8×10 Pa,冲入纯度为99.9%氩气,并开启循环泵和冷却水;启动旋转按钮和粒子枪电源,得到金属合金粉末;制粉过程中电极棒转速:17000r/min,电流强度在:1700A,材料的进给速率:0.8mm/s;
[0070] 步骤5,将BN/CuSn10复合粉体进行冷等静压成型,压强300Mpa,时间300s,将粉体放到石墨模具中,随后进行真空热压,加热至900℃,保温60min,压力为10MPa;随炉降温冷却至室温,得到致密的BN/CuSn10复合材料;在真空热压烧结过程中,真空度不低于6.67×‑210 Pa进行烧结;
[0071] 步骤6,将烧结后的BN/CuSn10复合材料进行冷轧塑性变形,每次变形量为2mm,最终得到实例3中样品,其硬度为136HB,平均摩擦系数为0.08。
[0072] 实例4
[0073] 步骤1,称取氮化硼粉末作为润滑增强体、锡粉、铜粉作为基体,将粉末装入行星混料机中,在氮气的保护下,以200r/min的转速混粉8h得混合粉末;
[0074] 步骤2,粉末放入冷等静压模具中,进行冷等静压成型,压强为250Mpa,时间为240s;
[0075] 步骤3,真空炉预烧结:将冷压成型的块体放入真空烧结炉中,先进行真空处理,再升温烧结,当温度达到650℃之间,保温一小时;随炉降温冷却至室温,得到BN/CuSn10制粉‑2材料;在真空预烧结过程中,真空度不低于6.67×10 Pa进行烧结;
[0076] 步骤4,将制粉材料进行机械加工处理,加工为直径60μm的棒材,将棒料装入旋转‑3进给器中,利用真空系统进行抽真空,直到真空度小于8×10 Pa,冲入纯度为99.9%氩气,并开启循环泵和冷却水;启动旋转按钮和粒子枪电源,得到金属合金粉末;制粉过程中,电极棒转速:18000r/min,电流强度:1700A,材料的进给速率在0.8mm/s。
[0077] 步骤5,将BN/CuSn10复合粉体进行冷等静压成型,压强300MPa,时间300s,将粉体放到石墨模具中,随后进行真空热压,加热至900℃,保温60min,压力为10MPa;随炉降温冷却至室温,得到致密的BN/CuSn10复合材料;在真空热压烧结过程中,真空度不低于6.67×‑210 Pa进行烧结;
[0078] 步骤6,将烧结后的BN/CuSn10复合材料进行冷轧塑性变形,每次变形量为2mm,最终得到实例4中样品,其硬度为135HB,平均摩擦系数为0.08;
[0079] 如图3所示,经XRD表征可知,真空烧结后,复合材料组织中存在BN以及CuSn固溶体的衍射峰,BN/CuSn10复合材料没有发生化学反应,即无新相产生,无杂峰,润滑相不发生改变。
[0080] 如图5所示,实例1~4中BN/CuSn10复合材料整体硬度得到明显提升,其平均硬度为138HB,且强度的提升更加有助于减摩耐磨,使得材料更适用于磨损环境中,但随着组织中润滑相氮化硼含量增加,孔隙率也逐渐上升,影响组织致密度,降低材料硬度。